obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij v požaru · 2013. 1. 11. · okvirne...

Obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij v požaruPregled resničnih požarov

Nov. 2012

2Nov. 2012 Pregled resničnih požarov

• Požarni testi Cardington– Test nosilca (z gorilci)– Test okvirja (z gorilci)– Požarni test v vogalu stavbe (gorivo – les)– Požarni testi pisarn, opremljenih z dejanskim

pohištvom• Požarni testi odprtih parkirnih hiš

– Testi z gorečimi avtomobili• Dokazi, pridobljeni v požarih resničnih objektov in ostali

požarni testi, ki so bili izvedeni zunaj Evrope– Dejanski požari– Ostali požarni testi

Vsebina predstavitve


• Jeklena osem etažna okvirna konstrukcija

Spoj prečke z nosilcem

Spoj med nosilci in stebrom

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov

Požarni testi Cardington


• Osnovni podatki o stavbi

– Dolžina: 42 m, s 5 razponi po 9 m– Širina: 21 m, z razponi 6 m, 9 m in 6 m– Višina etaže: 4.2 m– Jekleni elementi – vroče valjani profili: UB za nosilce in

UC za stebre– Sovprežna plošča: lahki beton skupne višine 130 mm s

trapezno profilirano pločevino– Armaturna mreža: 142 mm²– Jekleni spoji: vezne pločevine v spojih nosilec-nosilec

in podajne čelne pločevine v spojih nosilec-steber– Uporabljena obtežba: vreče peska


Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov


• Test nosilca : razpon = 9.0 m


Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov


0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

50

100

150

200

250

0

200

400

600

800

1000

Čas (min)

Verik

alni

pom

ik (m

m)

Mak

sim

alna

tem

pera

tura

(°C

)

Vertikalni pomik Maksimalna temperatura

• Test nosilca : rezultati eksperimenta

• Izmerjeno– Maksimalna temperatura 900 °C– Upogibek nosilca: < 250 mm

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Primerjava s standardnim požarnim testom v peči

0

1.0

2.0

3.0

0 200 400 600 800 1000Temperatura (°C)

Upo

gibe

k (%

razp

ona)

Test okvirja

Standardni test v peči

Upogibek = Razpon/30

• Zaključek– Brez znakov porušitve v sovprežni plošči– Porušitev pri 650 °C za primer s prostoležečimi

podporami

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Test nosilca ravninskega okvirja

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Test ravninskega okvirja: rezultati eksperimenta

• Izmerjeno – Maksimalna temperatura 750 °C– Upogibek nosilca 300 mm

0

50100150200

250300350

400

0

200

400

600

800

1000

Čas (min)

Mak

sim

alna

tem

pera

ture

iz

post

avlje

nega

ste

bra(

°C)

Maksimalni vertikalni pomikiTemperatura stebra

Mak

sim

alni

ver

tikal

ni

pom

iki (

mm

)

0 50 100 150 200 250 300 350

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Deformirano stanje stropne konstrukcije po testu

• Zaključek– Nezaščiteni deli stebra so močno deformirani– Do porušitve ni prišlo, kljub zgoraj prikazani lokalni

porušitvi stebra

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Projektno območje na vogalu

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Projektno območje na vogalu : priprava

Stene projektnega območja so iz votlih betonskih blokov

Požarna obtežba iz lesenih palic, 45 kg/m²

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Projektno območje na vogalu : rezultati eksperimenta

Požar med testom

Deformiran strop po končanem testu

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Izmerjeno – Najvišja temperatura jekla 1014 °C– Največji upogibek stropa 428 mm

00

100

200

300

400

500

600

0

200

400

600

800

1000

1200

Čas (mins)

Naj

večj

i ver

tikal

ni

pom

ik (m

m)

Naj

višj

a te

mpe

ratu

ra

jekl

a (°

C)

Največji vertikalni

pomik

Najvišja temperatura

50 100 150 200 250 300 350

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov


• Projektno območje na vogalu : rezultati eksperimenta


• Projektno območje na vogalu : konstrukcija po testu

Deformirana oblika sovprežne konstrukcije po testu

Deformirana oblika jeklenih elementov ob požarno zaščitenem jeklenem stebru

• Zaključek– Kljub visokim temperaturam v jeklu znakov globalne

porušitve ni bilo in upogibki so ostali relativno majhni

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Simulacija požara v pisarni (na površini večji od 130 m²)

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Simulacija požara v pisarni : priprava

Požarno obremenitev predstavlja pisarniško

pohištvo

Odprtine so zastekljenePožarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Simulacija požara v pisarni : rezultati eksperimenta

Požar v zgodnji fazi

Polno razširjen požarPožarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Izmerjeno – Najvišja temperatura zraka 1200 °C– Najvišja temperatura v jeklu 1150 °C

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Čas (min)

Tem

pera

tura

zr

aka

(°C

)


Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Rezultat – Upogibek stropa 640 mm – Konstrukcija je prestala preizkus brez porušitve

0

100

200

300

400

500

600

700

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Čas (min)

Vert

ikal

ni

pom

ik (m

m)

0

200

400

600

800

1000

1200

Tem

pera

tura

(°C

)

Največji vertikalni pomik

Temperatura jekla


Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Simulacija požara v pisarni : konstrukcija po požaru

• Zaključek– Kljub visokim temperaturam jekla in velikim upogibkom,

znakov globalne porušitve ni bilo

Deformirana oblika sovprežnega stropa po požaru

Deformirana oblika jeklenih elementov okoli požarno zaščitenega jeklenega stebra

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Ostali požarni testi– Drugi test v vogalu– Test v velikem požarnem sektorju– Dodatni test v vogalu

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Splošni komentar– Izvedenih je bilo veliko različnih požarnih testov

okvirne jeklene konstrukcije, vendar brez globalne porušitve

– Obnašanje jeklenih elementov konstrukcije je bilo veliko boljše kot v primeru standardnih požarnih preizkusov izoliranih jeklenih elementov

– Sovprežna stropna konstrukcija se je obnašala odlično tudi pri temperaturah jeklenih nosilcev nad 1000 °C

– Zaradi nastopa membranskega napetostnega stanja v sovprežnih stropovih, se je požarna odpornost konstrukcije povečala

– Sovprežna konstrukcija tudi ob večjih razpokah v betonu ohrani svojo nosilnost

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov



• Enoetažna okvirna jeklena konstrukcija

3 m32m15 m

5m 16m

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov

Požarni testi v odprtih parkirnih hišah


5.0 m2.33m

2.5m

• Enoetažna okvirna jeklena konstrukcija

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov



• Glavne značilnosti konstrukcije

– Dolžina: 32 m, 2 x 16 m– Širina: 15 m, 3 x 5 m– Višina etaže: 3.0 m– Jekleni elementi: nosilci – IPE profili, stebri – H profili– Sovprežna plošča: beton normalne teže, skupne višine

120 mm z zaprto profilirano pločevino– Jeklena armatura:– Jekleni spoji: dvojni kotniki ob stojini v spojih nosilca z

nosilcem in čelne pločevine v spojih nosilca s stebrom– Uporabljena obtežba: avtomobili

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov



• Dva požarna testa s tremi avtomobili

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov


IPE500IPE400 IPE550

16 m

5 m

Edge columns: HEA 180 Central columns: HEB200

Test 2 Smer vetra

Test 1

Stebri na robu: HEA 180Notranji stebri: HEB 200


• Rezultati 1. testa

0 min

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov




10 min

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov




33 min

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov




62 min

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov




0 min

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov




10 min

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov




25 min

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov




44 min

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov



• Rezultati testa: temperatura plinov

0

200

400

600

800

1000

1200

0 30 60 90 120 150 180 210Čas (min)

Tem

pera

tura

med

pož

arom

(°C

)Test 1

Test 2

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov



0

200

400

600

800

0 30 60 90 120 150 180 210

Čas (min)

Tem

pera

tura

jekl

a(°

C)

Nosilec1 -Test 1Nosilec2 - Test 1Nosilec1 - Test 2Nosilec2 - Test 2

• Rezultati testa: temperatura jekla

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov



-150

-100

-50

0

50

0 30 60 90 120 150 180 210Čas (min)

Vert

ikal

ni p

omik

(mm

)

Nosilec 2 - Test 1Nosilec 1 - Test 1Nosilec 2 - Test 2Nosilec1 - Test 2

• Rezultati testa: temperatura jekla

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov



• Učinek 3D membranskega delovanja

-200

-160

-120

-80

-40

00 15 30 45 60 75

Čas (min)Ve

rtik

alni

pom

ik(m

m)

TestCal. 3DCal. 2D

0

20

40

60

0 20 40 60 80Time (min)H

oriz

onta

lni p

omik

(mm

)

• Zaključek– Ob upoštevanju 3D membranskega stanja dobimo

manjše pomike kot v računu z 2D membranskimstanjem

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih požarov



• Požar Broadgate– 14 etažna poslovna stavba s sovprežnim stropom– Temperatura med požarom višja od 1000 °C– Veliki upogibki stropnih konstrukcij (večji od 600 mm)

brez porušitev

Resnični požari in ostali požarni testi

Požarni testi

Cardington

Dokazi iz

dejanskih

požarov


• Požarni testi v Avstraliji– Sovprežni stropovi v naravni velikosti– Požarna obtežba: 52 kg/m² v obliki lesenih palic– Temperatura med požarom je višja od 1228 °C– Brez porušitev stropov

Resnični požari in ostali požarni testi

Požarni testi

Cardington

Požarni testi

odprtih parkirnih

hiš

Dokazi iz

dejanskih

požarov

obnašanje jeklenih in sovprežnih stropnih konstrukcij v požaru · 2013. 1. 11. · okvirne...

Documents